เทคโนโลยีของเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงกำลังทะลักออกมาจากสาขาการสื่อสารแบบเดิมๆ ในขอบเขตของปัญญาประดิษฐ์ การเชื่อมต่อแบบออปติกความเร็วสูง-เป็นกุญแจสำคัญในการฝ่าฟันปัญหาคอขวดทางคอมพิวเตอร์ ในการสื่อสารด้วยแสงที่มองเห็นได้ (VLC) อาจให้ทรัพยากรสเปกตรัมใหม่สำหรับ 6G ด้วยการบูรณาการเข้ากับเทคโนโลยี เช่น ไมโครเวฟ โฟโตนิกส์ ทำให้สามารถนำไปใช้กับพื้นที่ที่กว้างขึ้นได้ เช่น การตรวจจับ การสร้างภาพ และการป้องกัน
01 วิวัฒนาการทางเทคโนโลยี
ที่เครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของระบบการสื่อสารด้วยแสง กำลังอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงจากโมดูลฟังก์ชันเดียว-ไปเป็นระบบอัจฉริยะที่{1}}มีประสิทธิภาพสูง เครื่องส่งใยแก้วนำแสงในยุคแรกๆ ดำเนินการแปลงอิเล็กโทรออปติกพื้นฐาน-เป็นหลัก แต่ปัจจุบันกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของเครือข่ายการสื่อสารทั้งหมด
จากการวิจัยล่าสุดจากสถาบัน Fraunhofer ระบบใยแก้วนำแสงแบบเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานในอนาคตได้อีกต่อไป สิ่งนี้ได้กระตุ้นให้นักวิจัยพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์ออปติกขั้นสูงมากขึ้น เช่น การใช้สวิตช์เลือกความยาวคลื่น-และมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่เพื่อเพิ่มขีดความสามารถและความยืดหยุ่นของเครือข่าย
ทิศทางสำคัญในวิวัฒนาการทางเทคโนโลยีคือการปรับปรุงประสิทธิภาพของสเปกตรัม นักวิจัยได้พัฒนาตะแกรงประเภทใหม่เพื่อเพิ่มความละเอียดสเปกตรัมจากความถี่ 100GHz แบบดั้งเดิมเป็น 25GHz สิ่งนี้ทำให้ย่านความถี่สำหรับการส่งข้อมูลแคบลงและแพ็กเก็ตข้อมูลมีขนาดเล็กลง ซึ่งช่วยให้สามารถส่งแพ็กเก็ตข้อมูลได้มากขึ้นพร้อมกันภายในใยแก้วนำแสงเดียวกัน
02 ข้อดีด้านประสิทธิภาพ
เหตุผลที่เครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงกลายเป็นแกนหลักของเครือข่ายการสื่อสารสมัยใหม่นั้นอยู่ที่ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่หลากหลาย ความสามารถในการส่งข้อมูลความเร็วสูง-เป็นหนึ่งในคุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุด ซึ่งสนับสนุนอัตราการถ่ายโอนข้อมูล Gbps หรือสูงกว่านั้นอีก
คุณลักษณะนี้ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างกว้างขวางในสถานการณ์ที่ต้องการการส่งข้อมูลจำนวนมาก เช่น การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลและการเข้าถึงบรอดแบนด์ ในทางตรงกันข้าม สายเคเบิลทองแดงแบบดั้งเดิมนั้นมีข้อจำกัดอย่างมากทั้งในด้านอัตราการส่งข้อมูลและระยะทางภายใต้เงื่อนไขที่เทียบเคียงได้
เครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์ออปติกใช้สัญญาณแสงในการส่งข้อมูล ส่งผลให้การสูญเสียและการลดทอนการส่งผ่านลดลงเมื่อเทียบกับสายเคเบิลทองแดงแบบดั้งเดิม ซึ่งหมายความว่าสัญญาณสามารถรักษาคุณภาพและความเสถียรในระยะไกลได้ ซึ่งช่วยลดผลกระทบของการลดทอนสัญญาณต่อคุณภาพการสื่อสาร
คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการครอบคลุมระยะไกล- เช่น เครือข่ายเขตเมือง (MAN) และเครือข่ายบริเวณกว้าง (WAN)เครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงสามารถส่งข้อมูลได้ไกลนับสิบหรือหลายร้อยกิโลเมตร
เครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์ออปติกมีความไวน้อยกว่าต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกระหว่างการส่งสัญญาณ เมื่อเปรียบเทียบกับการส่งผ่านสายเคเบิล พวกเขาสามารถรักษาความสมบูรณ์และความเสถียรของสัญญาณได้ดีกว่า เสี่ยงต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า และรับประกันการถ่ายโอนข้อมูลที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้
03 สถานการณ์การใช้งาน
สถานการณ์การใช้งานสำหรับเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงได้ขยายจากโทรคมนาคมแบบดั้งเดิมไปสู่อุตสาหกรรมเกิดใหม่หลายแห่ง คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพจะกำหนดความเหมาะสมสำหรับสถานการณ์ต่างๆ
ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน:
| สถานการณ์การใช้งาน | ข้อกำหนดประสิทธิภาพหลัก | ระยะการส่งข้อมูลทั่วไป | ลักษณะทางเทคนิค |
|---|---|---|---|
| การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล | ความเร็วสูง เวลาแฝงต่ำ | ระยะกลาง-ระยะสั้น | การใช้งานที่มีความหนาแน่นสูง- การใช้พลังงานต่ำ |
| แมน/วาน | ระยะไกล ความมั่นคงสูง | สิบถึงร้อยกิโลเมตร | การป้องกันการแทรกแซง-ที่แข็งแกร่ง การสูญเสียต่ำ |
| เครือข่ายแห่งอนาคต (6G/การสื่อสารควอนตัม) | ความจุสูงพิเศษ- มีความยืดหยุ่น | รวมระยะทางยาว/สั้น | เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์ ความสามารถในการปรับขนาด |
| เครือข่าย CATV | คุณภาพสัญญาณสูง ครอบคลุมพื้นที่กว้าง | ระยะทางไกล | กำลังขับสูง, การควบคุมความผิดเพี้ยน |
| ระบบเฝ้าระวัง | มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้ มีความสามารถในการปรับตัวสูง | ระยะกลาง-ระยะสั้น | การปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่ง การปรับใช้ที่ง่ายดาย |
ในด้านการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล ขนาดที่เล็กและน้ำหนักเบาเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงช่วยให้มีรูปแบบและการติดตั้งที่ยืดหยุ่นในพื้นที่-สภาพแวดล้อมที่มีจำกัด การใช้โมดูลออปติคัลและสายแพตช์ช่วยให้-สายเคเบิลความหนาแน่นสูงและการปรับใช้พอร์ต ตอบสนองความต้องการของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่-ในด้านความหนาแน่นของอินเทอร์เฟซและความกะทัดรัดของอุปกรณ์
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น รถยนต์ไร้คนขับ การสื่อสารเคลื่อนที่ 6G และการสื่อสารควอนตัม ความต้องการเครือข่ายใยแก้วนำแสงจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แอปพลิเคชันเหล่านี้ต้องการอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและเวลาแฝงที่ต่ำกว่า ซึ่งเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบเดิมไม่สามารถตอบสนองได้เต็มที่อีกต่อไป
โครงการ WESORAM ที่พัฒนาโดยสถาบัน Fraunhofer ของเยอรมนี ประสบความสำเร็จในการสาธิตความสามารถในการกำหนดเส้นทางสัญญาณจากช่องสัญญาณเข้า 8 ช่องไปยังช่องสัญญาณออก 16 ช่องโดยพลการ ความสามารถ "การเชื่อมต่อข้าม-" นี้จะเพิ่มความจุของเครือข่ายและให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นสำหรับการส่งและการกำหนดเส้นทางสตรีมข้อมูล
เครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงที่ออกแบบเป็นพิเศษยังมีบทบาทสำคัญในเครือข่ายเคเบิลทีวี (CATV) ตัวอย่างเช่น เครื่องส่งสัญญาณแบบมอดูเลตภายนอก I-Type Medallion 6000 นาโนเมตรขนาด 1550 นาโนเมตรของ EMCORE ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับระบบ CATV ระหว่างประเทศ ซึ่งรองรับการเชื่อมต่อด้วยไฟเบอร์ได้ไกลถึง 150 กิโลเมตร
04 ความก้าวหน้าของอุตสาหกรรม
เทคโนโลยีเครื่องส่งสัญญาณไฟเบอร์ออปติกกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยมีโครงการวิจัยที่เป็นนวัตกรรมมากมายที่ขับเคลื่อนความก้าวหน้าในสาขานี้ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการพัฒนาความเร็วการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงครั้งใหญ่ โดยมีอัตราการส่งข้อมูลที่ 1.84 Pbit/s บนเส้นใยยาวประมาณ 8- กิโลเมตร
ความเร็วนี้เทียบเท่ากับการส่งข้อมูลจากฮาร์ดไดรฟ์ประมาณ 236 หนึ่ง-เทราไบต์ (1TB) ต่อวินาที ซึ่งประมาณสองเท่าของปริมาณการใช้อินเทอร์เน็ตทั่วโลกในปัจจุบัน ทีมวิจัยประสบความสำเร็จด้วยความเร็วเกิน 1 Pbit/s เป็นครั้งแรกโดยใช้เพียง "ชิปเลเซอร์ตัวเดียว + ชิปออปติคัลตัวเดียว"
เทคโนโลยีหวีความถี่แสงเป็นกุญแจสำคัญในความก้าวหน้านี้ เทคโนโลยีนี้แปลงแสงจากเลเซอร์อินฟราเรดให้เป็นสเปกตรัมสีรุ้งที่ประกอบด้วยหลายสี โดยที่ความแตกต่างของความถี่และความถี่ระหว่างแสงสีเดียวแต่ละสีได้รับการแก้ไข ทำให้เหมาะสำหรับการหารมัลติเพล็กซ์ของความยาวคลื่น
แสงที่สร้างขึ้นทั้งหมดมีความสอดคล้องกัน ช่วยให้สามารถประมวลผลสัญญาณดิจิตอลร่วมกันระหว่างช่องสัญญาณต่างๆ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะช่วยเร่งอัตราการส่งข้อมูลได้อย่างมาก
มีความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีไฟเบอร์แบบมัลติ- ทีมวิจัยจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NIST) แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าสัญญาณนาฬิกาอะตอมแบบออปติคอล-ที่มีความเสถียรเป็นพิเศษสามารถส่งผ่านข้อมูลร่วมกับข้อมูลโทรคมนาคมในไฟเบอร์แบบหลาย-แกนหลักที่ใช้งานร่วมกันได้เป็นระยะทางหลายสิบกิโลเมตร
ซึ่งหมายความว่าเครือข่ายไฟเบอร์ที่มีความจุสูง-ที่เกิดขึ้นใหม่ไม่เพียงแต่สามารถส่งข้อมูลจำนวนมหาศาลเท่านั้น แต่ยังอาจซิงโครไนซ์นาฬิกาอะตอมทั่วโลกด้วยความแม่นยำสูงอีกด้วย
05 ความท้าทายและอนาคต
แม้จะมีความก้าวหน้าอย่างมาก แต่เทคโนโลยีเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงยังคงเผชิญกับความท้าทายหลายประการ ต้นทุนเป็นหนึ่งในนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ซึ่งต้นทุนของส่วนประกอบออปติคัลและออปโตอิเล็กทรอนิกส์สูง ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากความจำเป็นในการปรับความยาวคลื่นที่แม่นยำ
คุณสมบัติทางกายภาพของไดอิเล็กทริกที่ใช้ในส่วนประกอบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ- ความไวต่ออุณหภูมินี้อาจทำให้ความยาวคลื่นของตัวกรองเปลี่ยนแปลงได้
โครงการ OPTIMUX ซึ่งริเริ่มโดยสถาบัน Fraunhofer HHI มีความมุ่งมั่นในการพัฒนาโซลูชันมัลติเพล็กซ์ที่เป็นนวัตกรรมและมีประสิทธิภาพสำหรับเส้นทางการส่งสัญญาณทั้งหมด โครงการมุ่งเน้นไปที่กลยุทธ์มัลติเพล็กซ์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการส่งข้อมูลใยแก้วนำแสงโดยใช้มัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ได้อัตราสัญลักษณ์สูงถึง 300 GBd
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการแปลงเป็นดิจิทัลและการเพิ่มขึ้นของแอปพลิเคชันที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล- โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่มีอยู่กำลังเข้าใกล้ขีดจำกัด ในขณะที่การแบ่งมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นเป็นวิธีการทั่วไป แต่มัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่เสนอเส้นทางใหม่สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่าย ด้วยการใช้ไฟเบอร์คอร์และโหมดการส่งสัญญาณหลายแบบ ความจุจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมาก
